[发明专利]一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构

说明书

本发明属于流体机械领域和制冷低温技术领域，涉及一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳依次连接，中间壳体和膨胀蜗壳之间设有喷嘴盖板；主轴的一端设有一对背靠背安装的压缩叶轮，另一端设有膨胀叶轮；中间壳体的内部布置有用于支撑主轴的一对气体径向轴承和一对气体止推轴承，所述中间壳体上设有小孔，小孔的进口处设有过滤器。本发明两个背靠背的压缩叶轮在主轴的一侧，通过分配不同的流量或者压比，可以使得两个压缩叶轮产生的轴向力方向与主轴另一端膨胀叶轮产生的轴向力方向相反，甚至完全抵消，有效解决由于轴向力不平衡而引起的故障。

技术领域

本发明属于流体机械领域和制冷低温技术领域，涉及一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构。

背景技术

透平膨胀机是空分设备及天然气液化分离设备、余热回收等设备获取冷量、回收膨胀功所必需的关键部件。在透平膨胀机中，工质绝热膨胀时工质的温度、压力降低同时对外输出膨胀功。透平膨胀机输出的膨胀功可以由同轴布置的制动风机消耗，也可由同轴布置的离心压缩机高效回收利用。

在一些制冷系统或者能量回收系统中膨胀机的膨胀比相对于离心压缩机的压比较高，特别地，在大膨胀比等大焓降的工况下，膨胀机的输出功较大，导致压缩轮的流量需要很大才能与膨胀叶轮的输出功匹配。常规设计方法设计出的离心压缩叶轮往往比膨胀叶轮大20％以上，这容易导致轴向力不平衡以及整机结构尺寸较大的问题，另外对于单个大气量的离心压缩叶轮，压缩轮效率会很低，导致膨胀叶轮的输出功大部分被浪费掉。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，以克服上述现有技术的缺陷。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其特殊之处在于，包括：

主轴、前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳；

所述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳依次连接，所述中间壳体和膨胀蜗壳之间设有喷嘴盖板；

所述主轴穿过前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳，主轴的一端设有一对背靠背安装的压缩叶轮，主轴的另一端设有膨胀叶轮；

一对背靠背安装的压缩叶轮分别位于前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳内，膨胀叶轮位于膨胀蜗壳内，所述中间壳体的内部布置有用于支撑主轴的一对气体径向轴承和一对气体止推轴承，所述中间壳体上设有小孔，小孔的进口处设有过滤器。进一步地，上述中间壳体上靠近后向压缩蜗壳处设有第二流体进口，前向压缩蜗壳上设有第三流体进口和第二流体出口。

进一步地，上述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳之间设有扩压器，所述后向压缩蜗壳上设有第三流体出口，该第三流体出口通过管道与前向压缩蜗壳的第三流体进口连接。

进一步地，上述膨胀蜗壳包括第一流体入口和第一流体出口。流体从第一流体入口进入后，经过膨胀蜗壳的气流通道后又分别流入喷嘴盖板。流体在喷嘴的流道内流速加快，压力降低。随后，流体由喷嘴的出口均匀的流经膨胀叶轮，在膨胀叶轮中继续膨胀并对膨胀叶轮做功，从而驱动膨胀叶轮旋转，膨胀后的流体经由膨胀蜗壳上的第一流体出口流出。

进一步地，上述膨胀蜗壳的第一流体出口处内径由里到外逐渐增大，对流经第一流体出口的流体起到扩压减速作用。

进一步地，上述中间壳体内设有前轴承座盖板和后轴承座盖板。

进一步地，上述一对气体径向轴承包括前径向轴承、后径向轴承；一对气体止推轴承包括前止推轴承和后止推轴承；

前径向轴承和前止推轴承布置于前轴承座盖板上，后径向轴承和后止推轴承布置于后轴承座盖板上。

进一步地，上述气体止推轴承和气体径向轴承可以是动压气体轴承，也可以是静压气体轴承。